Qu'est-ce que l'électronique organique?
C’est une branche de l’électronique qui utilise des matériaux organiques
L'électronique traditionnelle est basée sur du solidesilicium, qui est utilisé pour créer des semi-conducteurs. Ils sont inorganiques (c'est-à-dire qu'ils ne contiennent pas de carbone). En revanche, l'électronique organique utilise des molécules à base de carbone - soit de petites molécules, soit des polymères, qui sont de longues chaînes de molécules. Presque toutes les molécules biologiques sont des composés organiques, mais aussi des substances dérivées d'hydrocarbures comme la pétrochimie, les huiles et les plastiques. De nombreuses personnes peuvent penser que les polymères en particulier sont non conducteurs - par exemple, les polymères plastiques sont utilisés pour isoler les fils de cuivre. Mais certains polymères et molécules organiques peuvent conduire l'électricité.
En quoi sont-ils différents de l'électronique traditionnelle à base de silicium?
Les composés organiques ontavantages par rapport aux composés inorganiques. Ils sont légers, flexibles et transparents - qui sont tous très différents de la technologie classique du silicium. Ils peuvent également être moins chers à fabriquer.
Pourquoi l'électronique organique cause-t-elle autant de battage médiatique?
Il y a tellement de composés organiques et une grande variété de groupes fonctionnels (amas d’atomes avec leurs propres propriétés distinctives).Leurs propriétés électroniques deviennent très faciles à personnaliser en ajoutant des groupes fonctionnels.Certains groupes fonctionnels détournent des électrons, et d’autres donnent des électrons, de sorte qu’en les combinant, les scientifiques peuventPar exemple, vous pouvez régler la fluorescence des diodes électroluminescentes.
Comment un nouveau type d'électronique est-il apparu?
L'électronique organique a commencé dans les années 1950ans, lorsque H. Inokuchi et ses collègues ont découvert la première molécule organique conductrice. À partir de cette découverte, il a été déterminé que les molécules organiques pouvaient être des semi-conducteurs, un terme couramment utilisé pour désigner le silicium, le germanium et d'autres éléments similaires. Il s'avère que les semi-conducteurs organiques présentent plusieurs avantages par rapport aux semi-conducteurs traditionnels.
Semi-conducteurs organiques
W. Helfrich et V.G. Schneider a découvert que les molécules organiques peuvent émettre de la lumière. Pour la première fois, une telle propriété a été trouvée dans la molécule d'anthracène. Le seul inconvénient était que cet effet nécessitait une tension élevée, ce qui rendait la découverte et le développement ultérieur possible extrêmement inefficaces. Puis, dans les années 1980, trois scientifiques - Heeger, McDiarmid et Shirakawa - ont fabriqué des polymères conducteurs, pour lesquels ils ont reçu le prix Nobel de chimie en 2000. Quelques années plus tard, on a découvert que le dianhydride de pérylène tétracarboxylique - PTCDA, une molécule de colorant organique encore utilisée dans les peintures automobiles, avait des propriétés semi-conductrices.
L’étape importante suivante a été la découverte des diodes électroluminescentes organiques (OLED), des dispositifs semi-conducteurs fabriqués à partir de composés organiques qui émettent efficacement de la lumièreCet appareil a été inventé en 1987 par Ching Tang et Steven Van Slyke de Kodak.L’appareil pouvait émettre de la lumière avec une tension de seulement 5 volts, changeant à jamais l’industrie de l’affichage.
Où cette électronique est-elle utilisée maintenant et quel est son avenir?
Selon le professeur Andreas Hirsch, responsable deDépartement de chimie organique de l'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg en Allemagne, l'électronique fabriquée à partir de carbone plutôt que de silicium pourrait conduire à une nouvelle génération de dispositifs médicaux, de capteurs et peut-être même de robots.
"La plupart des gens utiliseront probablementtechnologies d'écran. Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont désormais assez courantes dans les téléphones mobiles et vous pouvez également acheter des téléviseurs avec elles. Mais même avant cela, les écrans à cristaux liquides (LCD), qui peuvent être considérés comme un type d’électronique organique, sont utilisés depuis des années dans de nombreuses applications », explique Hirsch dans une interview avec Richard Gray d’Horizon.
«Je suis convaincu que dans 50 ans environ, vousvous verrez beaucoup plus de robots qui semblent organiques, qui peuvent exécuter des fonctions que les robots à base de métal ne peuvent pas », explique le scientifique.
Spectre d'applications de l'électronique organique
L'électronique organique a une grande variété d'utilisations. Quatre d'entre eux peuvent être qualifiés de plus prometteurs: les écrans, les technologies photovoltaïques et transistors et la biomédecine.
Affichages
OLED (diodes électroluminescentes organiques) —il s'agit d'une technologie pionnière développée par Ching Tang et Stephen Van Slyke. Les OLED sont constituées d'un film organique qui utilise la propriété de phosphorescence pour générer sa propre lumière au lieu d'utiliser un rétroéclairage. La phosphorescence est une émission due à l’excitation d’électrons qui dure pendant une longue période. Vous l'avez peut-être remarqué sur les montres-bracelets et les cadrans qui brillent dans le noir.
Namsan Seoul Tower 1F - Tunnel OLED
La phosphorescence est un type particulier de photoluminescence.Contrairement à une substance fluorescente, une substance phosphorescente n'émet pas immédiatement d'énergie absorbée. Des temps de réémission plus longs sont associés à des transitions d'énergie «interdites» en mécanique quantique.
Le fonctionnement OLED est assez simple.Un film organique se compose de deux couches: émettrice et conductrice. Il y a des trous sur la frontière entre les deux couches. La couche émettrice émet des électrons et la recombinaison des électrons et des trous entraîne la génération de photons qui composent la lumière.
Il existe essentiellement deux types d'OLED: la matrice passive et la matrice active.
- La matrice passive OLED (PMOLED) a des bandesles bandes de cathode et d'anode, elles sont situées perpendiculairement l'une à l'autre. Les intersections et forment les pixels à partir desquels la lumière est émise. Les circuits externes appliquent du courant aux bandes sélectionnées de l'anode et de la cathode, déterminant quels pixels seront allumés et lesquels resteront éteints. La luminosité dépend de l'amplitude du courant appliqué. Leur inconvénient est qu'ils consomment beaucoup d'énergie et sont donc utilisés dans les petits écrans tels que les PDA (Personal Digital Assistant) et les lecteurs MP3.
- Le deuxième type d'OLED est une OLED à matrice active(AMOLED). Les AMOLED ont également des couches complètes de cathode, de matériau organique et d'anode, mais la couche d'anode chevauche la matrice d'un réseau de transistors à couches minces (TFT). Un tableau TFT est un circuit qui détermine quels pixels sont activés pour former une image.
Les AMOLED consomment beaucoup moins d'énergie quePMOLED car la matrice TFT nécessite moins d'énergie que les circuits externes. En conséquence, ils conviennent aux grands écrans tels que les moniteurs d'ordinateur, les téléviseurs et les panneaux d'affichage électroniques.
À leur tour, les LED OLED ont de nombreuxavantages par rapport aux écrans LCD (écrans à cristaux liquides). Les écrans LCD traditionnels sont constitués de nombreuses parties. Les cristaux liquides n'ont pas leur propre rétroéclairage, ils utilisent donc un rétroéclairage. De plus Les modèles d'écran comportent des feuilles réflectrices pour améliorer la luminosité, des feuilles de diffusion pour séparer et répartir la lumière uniformément, un polariseur inférieur et un polariseur supérieur, un filtre coloré pour créer une lumière colorée et bien sûr des cristaux liquides, qui sont les éléments clés. Cela augmente considérablement l'épaisseur de l'écran.
Diodes électroluminescentes quantiques (QLED) - Autresdirection. Ils contiennent des polariseurs et des filtres colorés. Ils ont également besoin d’un rétroéclairage car les points quantiques ne peuvent pas émettre leur propre lumière. En conséquence, ces écrans deviennent trop épais. Les LED OLED sont élégantes, produisent des noirs plus absolus que les QLED et fonctionnent mieux dans la pénombre car chaque pixel est éclairé individuellement. Les écrans OLED peuvent être très fins. Et pourtant, la plupart des entreprises et des consommateurs choisissent les écrans OLED pour leurs smartphones.
Applications photovoltaïques
Les dispositifs photovoltaïques organiques sont enprincipalement des cellules solaires organiques. Les polymères sont couramment utilisés comme matériau photovoltaïque. L'un des principaux avantages de l'utilisation de matériaux organiques pour fabriquer des cellules solaires est que le «coefficient d'absorption optique» des molécules organiques est élevé, de sorte qu'une grande quantité de lumière peut être absorbée par une petite quantité de matériau, généralement de l'ordre de centaines de nanomètres. Ils sont également très flexibles et beaucoup plus minces que leurs homologues en silicone. Alors que la technologie actuelle OPV (photovoltaïque organique) affiche une efficacité de conversion supérieure à 10%, atteignant même 12%, certains chercheurs prédisent que les cellules solaires organiques atteindront une efficacité de 15 à 20%. Ils peuvent également être enroulés et même compostés.
Et bien que nous vivions dans un monde de plus en plus électronique,l'accès à ce monde est limité. On estime que 1,3 milliard de personnes n'ont pas accès à l'électricité, et de nombreuses personnes dépendent du kérosène, des batteries ou des générateurs diesel. En raison des coûts de fabrication moins chers, l'électronique organique promet non seulement de changer la façon dont les gens utilisent la technologie, mais aussi d'étendre leur utilisation aux populations sans accès au réseau.
Le principal inconvénient du bioles cellules photovoltaïques ont un faible rendement par rapport aux cellules photovoltaïques inorganiques telles que les cellules solaires en silicium. Mais des recherches sont en cours pour résoudre ce problème, et de nouveaux matériaux sont découverts chaque jour qui pourraient révolutionner l'industrie de l'énergie solaire.
Transistors organiques imprimés flexibles
Les transistors sont des éléments de base fondamentauxblocs d'appareils électroniques modernes qui amplifient les signaux ou agissent comme des interrupteurs. Un transistor à effet de champ organique (OFET) est un transistor à effet de champ qui contient des électrodes conductrices, un semi-conducteur organique et un diélectrique. Sa particularité est qu'il utilise très peu d'énergie pour patrouiller un courant très élevé et agit également comme un bon interrupteur. Ces transistors sont fabriqués dans des circuits imprimés à l'aide de colorants organiques flexibles. Un soin particulier est pris pour s'assurer qu'aucun contaminant ne pénètre dans le matériau, car cela peut nuire à la conductivité du matériau.
Circuit imprimé utilisant OFET
Yasunori Takeda et al/Wikimedia, sous licence CC BY 4.0
Au cours des dernières années, l'intérêt porté à l'OFETa énormément grandi et pour cause. En termes de caractéristiques, l'OFET peut rivaliser avec le silicium amorphe (a-Si). En conséquence, l’utilisation industrielle des OFET suscite désormais un intérêt accru pour des applications actuellement incompatibles avec l’utilisation de l’a-Si ou d’autres technologies de transistors inorganiques. L'un de leurs principaux avantages technologiques est que toutes les couches d'OFET peuvent être déposées et structurées à température ambiante, ce qui les rend idéales pour réaliser des dispositifs électroniques de grande surface et à faible coût sur des substrats flexibles. Le silicium doit être chauffé à des températures élevées supérieures à 40°C pour être coulé dans un moule. Cependant, il est trop tôt pour parler d'une utilisation généralisée de l'OFET en raison de l'imperfection de la technologie.
Biomédecine
Une autre utilisation importante du biol'électronique est un médicament. Par exemple, pour traiter la cécité à l’aide d’une puce rétinienne implantée dans l’œil. L'appareil détecte les signaux lumineux entrant dans l'œil et les convertit en signaux électriques envoyés au cerveau. Les électrodes recouvertes de colorants organiques transmettent des signaux électriques aux cellules réceptrices de l'œil.
La composition doit être biocompatible.Le choix des bons matériaux et des mélanges de composants est essentiel. À l'heure actuelle, elle a permis aux patients aveugles de percevoir la lumière et l'obscurité, les contours d'objets, parfois même des lettres et des expressions faciales. L'objectif des scientifiques est que l'appareil ait non seulement une haute résolution, mais également de bonnes performances. C'est un excellent exemple de la façon dont la technologie et la médecine travaillent ensemble pour améliorer la vie des gens.
L'avenir de la nouvelle électronique
Le domaine de l'électronique organique dans le futur seracontinuer d'évoluer d'une manière que l'on ne peut même pas imaginer aujourd'hui. Certaines idées ont déjà été mises en œuvre, telles que les smartphones OLED, les téléviseurs et les panneaux solaires bon marché installés sur les toits des zones rurales. À l'avenir, les smartphones pliables deviendront plus courants et, par exemple, la peau électronique, qui imite la peau humaine dans sa sensibilité tactile, prendra plus de temps à se développer. D'autres prévisions ne sont pas encore possibles, car les applications sont variées et couvrent de nombreux domaines - médecine et recherche biomédicale, énergie et environnement, communications et divertissement, mobilier de maison et de bureau, vêtements et accessoires personnels, et bien plus encore.
L'électronique organique peut aussi faireproduire, utiliser et recycler des appareils électroniques de manière plus respectueuse de l’environnement. Les scientifiques et les ingénieurs recherchent des moyens de rendre les nouveaux appareils électroniques plus économes en énergie que les conceptions actuelles à base de silicium.
Quels sont les avantages de l'utilisation de matières organiques pour la production électronique?
- Nouvelles opportunités
Les matériaux organiques ont des caractéristiques uniquespropriétés qui ne peuvent pas être obtenues avec l’électronique à base de silicium. Leurs propriétés incluent la sensibilité, la biocompatibilité et la flexibilité. La détection est l'utilisation d'appareils électroniques pour détecter des substances chimiques ou biologiques dans l'environnement ou sur le corps humain.
Les scientifiques envisagent des biocapteurs qui ne fonctionnent pasnon seulement détecter les niveaux de glucose chez les personnes atteintes de diabète, mais également distribuer la dose appropriée d'insuline au bon moment. Les matériaux électroniques organiques ne sont pas seulement plus compatibles chimiquement avec les systèmes biologiques que les dispositifs à base de silicium ; ils confèrent à la substance souplesse, extensibilité et « douceur » mécanique.
Ensemble, ces propriétés créent le potentiel de capteurs bioélectroniques innovants qui peuvent correspondre à la courbure et aux parties mobiles du corps humain.
- Efficacité énergétique
Alors que les scientifiques et les ingénieurs continuentaméliorer la synthèse et la caractérisation des matériaux organiques destinés à être utilisés en électronique, ils espèrent que l'utilisation de ces matériaux conduira à des écrans électroniques, des éclairages et d'autres appareils plus économes en énergie.
Par exemple, il faut faire du bioLes cellules solaires sont plus efficaces et peuvent donc être utilisées dans des endroits comme l'Europe du Nord et une grande partie de la Russie, où les nuits sont très longues et où il n'y a que de courtes périodes d'ensoleillement, surtout en hiver.
Les ingénieurs essaient de créer des appareils à partir deles matières organiques qui durent plus longtemps sont recyclables, voire biodégradables. Les méthodes de fabrication d'électronique organique deviendront également plus écoénergétiques, ce qui entraînera moins d'étapes et moins de méthodes de récupération de la chaleur perdue.
- Moins de déchets, plus de sécurité
Utilisation de matières organiques pourla création de dispositifs électroniques laisse espérer que les futures méthodes de fabrication de l'électronique reposeront sur moins de matières premières et seront également plus sûres.
Les matériaux peuvent être économisés en s'appuyant sur moinsprocessus inutiles tels que l’impression. Les matériaux sont ajoutés aux structures ou aux dispositifs couche par couche au fur et à mesure de leur création, par opposition à la centrifugation, qui implique l'élimination des matériaux et l'élimination des excédents.
En plus d'utiliser moinsmatériaux, les chimistes recherchent des moyens d'utiliser des matériaux plus sûrs. Par exemple, de nombreux polymères nécessitent des solvants cancérigènes. Certains solvants ne sont même pas autorisés dans l'industrie de l'imprimerie dans l'UE en raison de leur toxicité.
- Electronique stable
Créer des produits électroniques plus écologiques- il ne s'agit pas seulement de créer plus de panneaux solaires ou d'autres dispositifs «verts», mais aussi d'utiliser des méthodes de production plus «vertes». La durabilité environnementale doit être appliquée à chaque étape du cycle de production, de l'acquisition des matières premières à l'élimination des déchets. Les matériaux organiques peuvent propulser l'électronique dans le futur d'une manière plus durable que ce qui est possible dans le monde électronique d'aujourd'hui.
Enfin, «électronique verte» signifieque l'électronique elle-même est durable. La polyvalence de l'électronique organique, associée à la promesse du domaine pour la durabilité environnementale et sociale, montre la voie vers une suite technologique à très longue durée de vie.
Situation du marché
Selon Allied Market Research, d’ici 2027Le marché de l'électronique organique atteindra 159,1 milliards de dollars avec un TCAC de 21,0 %. La demande croissante due à l’adoption de technologies soutenant le développement durable et à la nécessité pour l’électronique organique de développer les dernières technologies a alimenté la croissance du marché mondial de l’électronique organique. Sur la base des matériaux, le segment des semi-conducteurs représentait la plus grande part en 2019. En termes de régions, le marché de l'Asie-Pacifique détenait la part du lion en 2019.
De plus, cette semaine, il est sortigrand rapport "Volume, part, croissance et rapport du marché de l'électronique organique jusqu'en 2020-2028". Selon lui, au cours de la période de prévision, le marché mondial de l’électronique organique ne fera que croître. Ce rapport de recherche examine le paysage du marché et ses perspectives de développement dans un avenir proche. Après avoir examiné les entreprises clés, le rapport se concentre sur les nouveaux entrants qui stimulent la croissance du marché. La plupart des entreprises du marché mondial de l’électronique organique adoptent actuellement les nouvelles tendances technologiques du marché.
Enfin, les chercheurs mettent en lumière différentes manières d’identifier les forces, les faiblesses, les opportunités et les menaces affectant la croissance du marché mondial de l’électronique organique.
Certains des principaux acteurs travaillant sur cemarché, comprennent des sociétés telles que Fujifilm Dimatix, AU Optronics, BASF, Bayer MaterialScience, H.C. STARCK, DuPont, Koninklijke Philips, LG Display, Sumitomo, Merck, AGC Seimi Chemical, Novaled, Samsung Display, Sony, Universal Display, Heliatek, Evonik.
Quelle est la ligne du bas?
Au cours des dernières décennies, la régionL'électronique organique a clairement fait d'énormes progrès: de nombreux appareils sont déjà sur le marché et de nombreux prototypes sont en cours de développement. Ce domaine continuera de croître, modifiant la façon dont la société interagit avec la technologie à mesure que les chimistes, les physiciens et d'autres scientifiques et ingénieurs s'attaquent aux défis de la recherche. Des programmes de recherche et de formation interdisciplinaires qui rassemblent des scientifiques et des ingénieurs de différents domaines de la connaissance, ainsi que de différents secteurs d'activité (par exemple, universités, industrie, gouvernement), contribueront aux efforts de collaboration nécessaires pour résoudre ces problèmes
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